Gelişmiş yalıtkan kaplama teknolojisi ile jeotermalin potansiyelinin optimize edilmesi

NOV TK-340TC yalıtkan sondaj borusu kaplaması (kaynak: NOV)

Merve Uytun 6 Ara 2023

Daha sıcak kaynaklardan faydalanmak jeotermal gelişim için büyük bir oyun değiştirici olabilir, bu da daha verimli sahalar ve herhangi bir kapasiteyi hedeflemek için daha az sayıda kuyu ile sonuçlanabilir. Ancak bu durum, kuyu içi aletlerin tasarlandıklarının ötesinde sıcaklıklara maruz kalması ikilemini de beraberinde getirmektedir.

NOV’dan Michael Adams ve Reza Far tarafından kaleme alınan bu konuk makalesinde, yalıtkan kaplama teknolojisi ve bunun çok yüksek sıcaklıktaki ortamlarda bile sondaj çamurunun serin kalmasına nasıl yardımcı olduğu ve böylece kuyu içi aletlerin sıcaklıkla ilgili arızalarını nasıl önlediği hakkında bilgi ediniyoruz.

Jeotermal operatörleri derin, sıcak rezervuarlardan yüksek enerjili ısıyı verimli bir şekilde çıkarırken çeşitli zorluklarla karşılaşırlar. Bir yandan operatörler, elektrik üretimi ve diğer uygulamalar için yüzeye verilen jeotermal enerjiyi en üst düzeye çıkarmak için üretilen sıvıların soğutulmasını en aza indirmek isterler. Diğer yandan, kuyu içi sondaj aletlerindeki sıcaklığa duyarlı elektronikleri korurken sıcak kaya oluşumlarında güvenli bir şekilde sondaj yapmaları gerekir.

Bir jeotermal operatörü, kuyuların 150°C ila 300°C (300°F ila 570°F) sıcaklıklarda derin, kuru kaya oluşumlarına açıldığı birkaç gelişmiş jeotermal sistem (EGS) projesini planlarken bu tür zorluklarla karşılaştı. Bu sıcaklıklarda, kaya kesimlerini kuyudan dışarı sirküle etmek ve sondaj dizisinin alt kuyu tertibatındaki (BHA) kuyu içi elektronikleri soğutmak için kullanılan sondaj çamurları çok ısınır ve bu da takım arızalarına ve diziyi çekmek ve onarım yapmak için pahalı duruş sürelerine neden olur.

Operatör yeni bir çözüm için  NOV‘a başvurdu: BHA’yı sıcaklıkla ilgili arızalardan korumak için sondaj çamurunu daha soğuk tutan yalıtkan bir sondaj borusu kaplaması.

Kanıtlanmış performansa dayanan yenilikçi çözümler

NOV’un Tuboscope bölümü 80 yılı aşkın bir süredir yenilikçi kaplama ürünleri geliştirmede sektör lideri olmuştur. Petrol ve gaz uygulamalarında, bu kaplamaların boruların çalışma ömrünü uzattığı ve her bir varlığın uzun vadeli, kârlı üretimini optimize ettiği kanıtlanmıştır.

Tuboscope’un kaplama Ar-Ge’si geleneksel olarak borudaki hidrolik verimliliği artırmaya ve korozyon, aşınma ve tortu birikimine karşı daha iyi koruma sağlamaya odaklanmıştır. Isı yalıtımlı bir kaplama talebi geldiğinde, araştırmacılar test kriterlerine hızla termal iletkenliği de eklediler.

Termal iletkenlik, bir malzemenin ısıyı iletme kabiliyetinin bir ölçüsüdür (Şekil 1). Jeotermal uygulamalardaki kaplamalı sondaj boruları için ısı iletkenliği ne kadar düşükse o kadar iyidir. Düşük ısı iletkenliği, boru dizisi boyunca daha düşük ısı aktarım oranları anlamına gelir; bu da sondaj çamurunu serin tutar ve yüzeye çıkarken boruda daha fazla yüksek enerjili ısı tutar.

Operatör, EGS projelerinin karşılaştığı spesifik sıcaklık düzenleme zorluklarını vurgulayan modelleme çalışmasının sonuçlarını paylaştı. Operasyon, sondaj çamurunu herhangi bir yalıtım olmadan hızlı bir şekilde 150°C’nin üzerine ısıtacak yanallar da dahil olmak üzere uzun sondaj dizileri gerektiriyordu. Modeller, BHA’daki elektronik aksamı korumak için sondaj çamurlarının 120°C’nin (248°F) altında tutulması gerektiğini gösterdi.

Bu ölçümün karşılanması, ak değeri (standart termal iletkenlik ölçümü) 0,5 W/mK’den büyük olmayan bir kaplama gerektirecektir. Aynı zamanda kaplamanın eski kaplamalarla aynı korozyon direncini ve hidrolik verimlilik performansını koruması ve maliyetleri düşük tutmak için minimum kalınlıkta uygulanması gerekecek.

Operatörün model sonuçlarını bir rehber olarak kullanan Tuboskop araştırmacıları, düşük ısı iletkenliğine sahip bir kaplama geliştirmek için çalışmaya başladı. Farklı kaplama formülasyonları geliştirildi ve katılar için (-20°C ila 310°C) termal direnç/iletkenliğin birincil ölçümü olan ASTM-E1530-19 standardını izleyen bir ısı akış ölçer kullanılarak termal iletkenlikleri açısından test edildi. Her formülasyon, Tuboskop’un yalıtım performansı açısından değiştirilmemiş olan mevcut sondaj borusu kaplamasının ölçülen k değeriyle karşılaştırıldı.

Mevcut kaplama sınıfının ortalama termal iletkenliği 0,8360 W/mK idi; bu, tek başına karbon çeliğinden (45 W/mK) çok daha düşük ancak yine de operatörün hedef değerinden daha yüksektir. Tekrarlanan formülasyon ayarlamaları sayesinde araştırmacılar, ortalama iletkenliği yalnızca 0,1808 W/mK olan, geleneksel kaplama değerinin ve operatörün hedefinin oldukça altında olan bir kaplama formülasyonuna ulaştı ( Şekil 2 ).

Yeni formülasyonun fiziksel özelliklerine ilişkin ilave testler, önceki nesil kaplamalarla aynı düzeyde güvenilir kuyu içi performansı gösterdi. Yalıtımlı kaplama üstün darbe, kimyasal ve aşınma direncinin yanı sıra mükemmel korozyon azaltma özellikleri gösterdi; bunların tümü, zorlu jeotermal sondaj ortamlarında kaplamanın sağlamlığının doğrulanmasına yardımcı oldu.

Kaplama, yüzey pürüzlülüğünü en aza indirmek ve hidrolik verimliliği artırmak için eşit ve düzgün bir şekilde uygulanır. Pürüzsüz bir kaplama yüzeyi, borudaki sondaj çamurlarının laminer akışını desteklerken, kireç ve diğer katı birikintilerin birikmesini önlemeye yardımcı olacaktır. Bu, yüzeydeki çamur pompalama verimliliğini optimize eder ve BHA kuyu içi için ilave soğutma faydaları sağlar.

Yeni kaplama, bu sonuçları yalnızca 20-30 mil (bir inçin binde biri) kalınlıkta sağladı; bu teknoloji gelişimine aşina olan endüstri uzmanları, performansta bugüne kadar başka hiçbir kaplamanın başaramadığı bir adım değişikliği olduğunu düşünüyor.

Jeotermal, petrol ve gaz alanlarındaki potansiyelini kanıtlıyor

Jeotermal operatörü, ABD Enerji Bakanlığı’nın FORGE jeotermal araştırma projesinde biri New Mexico’da ve diğeri Utah’ta olmak üzere yalıtımlı, kaplamalı sondaj borusuyla iki test kuyusu açtı.

New Mexico kuyusu, sıcaklığı 250°C’ye (480°F) kadar çıkan bir rezervuara toplam 18.000 ft derinlikte açıldı. Delikteki kaplamalı sondaj borusuyla çamur sıcaklığı hiçbir zaman 95°C’yi (203°F) aşmadı; bu, BHA hasarını önlemek için operatörün hedef sıcaklığı olan 120°C’nin çok altındaydı. Yalıtımlı, kaplamalı boru, Utah FORGE testinde benzer pozitif sonuçlar gösterdi.

Bu test sonuçlarından memnun kalan operatör, Avrupa’da planlanan ticari bir jeotermal proje için ilave bir dizi yalıtımlı, kaplamalı sondaj borusu satın aldı.

Yalıtımlı sondaj borusuna yönelik diğer jeotermal uygulamalar, operatörlerin finansman ve düzenleyici onayları güvence altına almasını bekliyor. Ancak bu arada kaplanmış boru, 150°C veya daha yüksek sıcaklıktaki rezervuarlarda benzer sondaj zorluklarıyla karşılaşan petrol ve gaz operatörlerinin dikkatini çekiyor.

Louisiana’daki Haynesville şeyl sahasındaki bir operatör, 220°C’deki (390°F) formasyonlarda uzun yanal sondajlar yapmak için yalıtımlı, kaplamalı sondaj borusunu kullandı. Sondaj borusu, sondaj çamurunun ve yönlü sondaj aletlerindeki elektronik aksamın yüksek rezervuar sıcaklıklarından yalıtılmasına yardımcı olurken, üretilen sıvılardaki sıcak, aşındırıcı tuzlu sulara karşı sağlam bir korozyon bariyeri sağladı. Operatör, gelecekteki kuyular için iki dizi daha yalıtımlı sondaj borusu sipariş etti. Bölgedeki diğer operatörler bu boruyu sondaj programlarında uygulamak için Tuboskop ile temasa geçti.

Daha geniş uygulamalar için sürekli yenilikler

Bu ilk başarılardan cesaret alan Tuboscope, yalıtımlı kaplama teknolojisini daha fazla alana ve daha zorlu kuyu içi ortamlarına uygulamak için aktif olarak çalışıyor. Güney Teksas, Norveç ve diğer yüksek sıcaklıklı bölgelerdeki petrol ve gaz operatörleri yalıtımlı sondaj borusu ortamlarının sondaj operasyonlarını nasıl iyileştirebileceğini soruyor.

Tuboscope, gelecekteki jeotermal operatörlerinin 300°C’yi aşan sıcaklıklara sahip daha derin rezervuarlarda sondaj yapmalarına yardımcı olmak amacıyla laboratuvarda daha da düşük termal iletkenliğe sahip yeni nesil kaplamalar geliştirmeye devam ediyor. Bu tür yenilikler aynı zamanda daha sığ, daha düşük sıcaklıklı rezervuarlardaki operatörlerin bölgesel ısıtma, düşük entalpili elektrik üretimi, seralar ve hidroponik çiftlikler gibi uygulamaları desteklemek için borudaki ısı kayıplarını en aza indirmelerine yardımcı olacaktır.

Kaynak: ThinkGeoEnergy